電腦鍵盤(pán)工作原理
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隨著計(jì)算機(jī)CPU（硬件）和Windows操作系統(tǒng)（軟件）的不斷升級(jí)換代，計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入到了包括多媒體在內(nèi)的高速多功能時(shí)代。與此相適應(yīng)，計(jì)算機(jī)鍵 盤(pán)也出現(xiàn)了一些新的變化，主要表現(xiàn)在鍵盤(pán)鍵數(shù)的增加及功能的整合。美國(guó)蘋(píng)果(Apple)公司早在1992年就曾推出過(guò)設(shè)有調(diào)整音量按鍵的鍵盤(pán)。時(shí)下流行 的多媒體鍵盤(pán)，也叫多功能鍵盤(pán)，其特征是增加了一些快捷鍵（或功能鍵），通過(guò)設(shè)定主板BIOS或軟件設(shè)定，使這些新增的鍵可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電腦、休眠啟動(dòng)、 CD播放、音量調(diào)整、一鍵上網(wǎng)等特殊功能。此外還出現(xiàn)了一些多功能集成的鍵盤(pán)，如將掃描儀、錄音設(shè)備或手寫(xiě)板、鼠標(biāo)等整合為一體的鍵盤(pán)，以及帶有文字編輯 或指紋識(shí)別功能的智能鍵盤(pán)等。
如前所述，IBM定義的101鍵鍵盤(pán)與微軟(Microsoft)所定義的三鍵共同形成的104 鍵Win95鍵盤(pán)一般被稱(chēng)作標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)，那么標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)的104鍵之外如何增加按鍵擴(kuò)充功能呢？從目前鍵盤(pán)發(fā)展情況看，可以有多種方法。單就增加鍵盤(pán)按鍵的設(shè) 定技術(shù)看，一般來(lái)講，按鍵的增加取決于三個(gè)方面的因素：一是CPU能識(shí)別，二是操作系統(tǒng)能響應(yīng)，三是鍵盤(pán)內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)能安排。從前面的介紹可知，CPU和 操作系統(tǒng)這兩個(gè)因素是計(jì)算機(jī)必備的現(xiàn)成技術(shù)，不成問(wèn)題。這樣，增加鍵盤(pán)按鍵的關(guān)鍵就在于鍵盤(pán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。以下兩種方法可以直接簡(jiǎn)便地增加鍵盤(pán)按鍵。
目前PC機(jī)鍵盤(pán)按鍵一直沿用IBM的行列矩陣方式布局排列，稱(chēng)為掃描矩陣，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的核心是8048（包括其后續(xù)升級(jí)系列）單片機(jī)微處理器。根據(jù)單 片機(jī)微處理器特定的I/O（即Input/Output輸入/輸出）電路，IBM將鍵盤(pán)按鍵的行列矩陣定義為8行×16列＝128鍵，而現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)只 使用了其中的104鍵，故尚有128-104＝24鍵的陣點(diǎn)閑余，尚未定義。因此，增加按鍵的方法之一是，直接在這尚未定義的24個(gè)閑余按鍵陣點(diǎn)中繼續(xù)定 義新鍵以擴(kuò)增新的功能鍵。方法之二是，通過(guò)改變單片機(jī)微處理器I/O電路的配線(xiàn)方式，可以把IBM的原8行×16列掃描矩陣變?yōu)椋?+n）行×16列，如 （8+1）行×16列＝144鍵等，這樣就會(huì)在128鍵之外獲得新增加的一行16個(gè)鍵位，再根據(jù)需要為其定義功能。以上兩種方法都可以達(dá)到增加104鍵的 標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)的按鍵數(shù)的目的。簡(jiǎn)而言之，第一種方法是在原掃描矩陣8行×16列的行列點(diǎn)陣中尚未利用的24個(gè)點(diǎn)上,根據(jù)需要可任意增加1至24個(gè)新鍵；第二種 方法是在單片機(jī)微處理器原掃描矩陣8行×16列基礎(chǔ)上再增加一行，變?yōu)?行×16列掃描矩陣，再根據(jù)需要任意增加新鍵，并不會(huì)帶來(lái)單片機(jī)微處理器本身原有 功能的更新。如IBM 的83鍵盤(pán)發(fā)展到原來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)101鍵，其要增加的鍵數(shù)只要通過(guò)增加鍵盤(pán)的行或列，并在增加的行列陣點(diǎn)上進(jìn)行定義便可實(shí)現(xiàn)；而原來(lái)的101鍵的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán) 后發(fā)展到目前的104鍵的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)，其增加的3個(gè)鍵數(shù)可以不增加鍵盤(pán)的行和列，只要在原掃描矩陣中尚未定義的點(diǎn)上直接定義就可以。無(wú)論是第一種方法還是第 二種方法，都已經(jīng)屬于公有技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)。
什么是鍵盤(pán)的鍵位沖突？
簡(jiǎn)單的說(shuō)，也就是當(dāng)你同時(shí)按下鍵盤(pán)上的幾個(gè)鍵的時(shí)候，這幾個(gè)鍵不能同時(shí)反映出來(lái)，這就叫做鍵盤(pán)的鍵位沖突。例如說(shuō)，你能想象當(dāng)你按下Ctrl－Alt－Del時(shí)，系統(tǒng)只能接收到前兩個(gè)鍵，而死活不承認(rèn)你按了Del鍵嗎？
當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)中是不會(huì)有這樣的鍵盤(pán)的，按不下Ctrl－Alt－Del的鍵盤(pán)根本就沒(méi)法出廠，但其他一些常見(jiàn)的鍵位沖突就不稀奇了。例如，經(jīng)常有一些鍵盤(pán)不能同時(shí)對(duì)例如A-S-空格這樣的按鍵組合作出反應(yīng)，這樣在FPS游戲中，使用者就會(huì)大為吃虧。
對(duì)于鍵位沖突問(wèn)題，電腦用戶(hù)中有兩種完全不同的態(tài)度，絕大多數(shù)人根本意識(shí)不到鍵位沖突問(wèn)題的存在，直到遇到?jīng)_突的時(shí)候才叫苦不迭，并且大呼“為什么他就能 做這個(gè)動(dòng)作？”；而另一部分人，特別是一些游戲高手，又在孜孜不倦的尋找“沒(méi)有鍵位沖突的鍵盤(pán)”。這兩種人都是對(duì)鍵位沖突的原因認(rèn)識(shí)不清楚的。
鍵位沖突的直接起因，是鍵盤(pán)的非編碼結(jié)構(gòu)。在2月號(hào)的專(zhuān)題中，我們提到過(guò)現(xiàn)在的鍵盤(pán)幾乎都是非編碼的薄膜接觸式鍵盤(pán)，那么什么是非編碼鍵盤(pán)呢？在專(zhuān)題里我們沒(méi)有詳細(xì)的解釋?zhuān)旅嫖覀兙蛠?lái)詳細(xì)說(shuō)明一下非編碼鍵盤(pán)的原理與結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)的鍵盤(pán)，是編碼式鍵盤(pán)，它的每個(gè)鍵按下時(shí)都會(huì)產(chǎn)生唯一的按鍵編碼，并且通過(guò)專(zhuān)有的一組導(dǎo)線(xiàn)傳輸?shù)芥I盤(pán)接口電路，由于其線(xiàn)路和編碼的唯一性，這種鍵盤(pán)是不存在鍵位沖突的問(wèn)題的，但是編碼鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了。
而現(xiàn)代的薄膜接觸式鍵盤(pán)，任何一個(gè)按鍵都有上下兩層薄膜的觸點(diǎn)，我們將它拆開(kāi)來(lái)仔細(xì)看一看（如圖），就會(huì)發(fā)現(xiàn)在任何一層薄膜上，導(dǎo)線(xiàn)數(shù)都遠(yuǎn)少于按鍵數(shù)，而 且每一條導(dǎo)線(xiàn)都同時(shí)連通多個(gè)按鍵的觸點(diǎn)，而且，上層和下層的任何兩條導(dǎo)線(xiàn)都最多只在一個(gè)按鍵上重合。也就是說(shuō)，上層的1號(hào)導(dǎo)線(xiàn)可能會(huì)同時(shí)經(jīng)過(guò)1、2、3、 4、5……等按鍵，而下層的1號(hào)導(dǎo)線(xiàn)可能同時(shí)經(jīng)過(guò)1、Q、A、Z……等按鍵，且兩條導(dǎo)線(xiàn)只在1鍵上重合。
什么是鍵盤(pán)的鍵位沖突？簡(jiǎn)單的說(shuō)，也就是當(dāng)你同時(shí)按下鍵盤(pán)上的幾個(gè)鍵的時(shí)候，這幾個(gè)鍵不能同時(shí)反映出來(lái)，這就叫做鍵盤(pán)的鍵位沖突。例如說(shuō)，你能想象當(dāng)你按下Ctrl－Alt－Del時(shí)，系統(tǒng)只能接收到前兩個(gè)鍵，而死活不承認(rèn)你按了Del鍵嗎？
當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)中是不會(huì)有這樣的鍵盤(pán)的，按不下Ctrl－Alt－Del的鍵盤(pán)根本就沒(méi)法出廠，但其他一些常見(jiàn)的鍵位沖突就不稀奇了。例如，經(jīng)常有一些鍵盤(pán)不能同時(shí)對(duì)例如A-S-空格這樣的按鍵組合作出反應(yīng)，這樣在FPS游戲中，使用者就會(huì)大為吃虧。
對(duì)于鍵位沖突問(wèn)題，電腦用戶(hù)中有兩種完全不同的態(tài)度，絕大多數(shù)人根本意識(shí)不到鍵位沖突問(wèn)題的存在，直到遇到?jīng)_突的時(shí)候才叫苦不迭，并且大呼“為什么他就能 做這個(gè)動(dòng)作？”；而另一部分人，特別是一些游戲高手，又在孜孜不倦的尋找“沒(méi)有鍵位沖突的鍵盤(pán)”。這兩種人都是對(duì)鍵位沖突的原因認(rèn)識(shí)不清楚的。
鍵位沖突的直接起因，是鍵盤(pán)的非編碼結(jié)構(gòu)。在2月號(hào)的專(zhuān)題中，我們提到過(guò)現(xiàn)在的鍵盤(pán)幾乎都是非編碼的薄膜接觸式鍵盤(pán)，那么什么是非編碼鍵盤(pán)呢？在專(zhuān)題里我們沒(méi)有詳細(xì)的解釋?zhuān)旅嫖覀兙蛠?lái)詳細(xì)說(shuō)明一下非編碼鍵盤(pán)的原理與結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)的鍵盤(pán)，是編碼式鍵盤(pán)，它的每個(gè)鍵按下時(shí)都會(huì)產(chǎn)生唯一的按鍵編碼，并且通過(guò)專(zhuān)有的一組導(dǎo)線(xiàn)傳輸?shù)芥I盤(pán)接口電路，由于其線(xiàn)路和編碼的唯一性，這種鍵盤(pán)是不存在鍵位沖突的問(wèn)題的，但是編碼鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了。
而現(xiàn)代的薄膜接觸式鍵盤(pán)，任何一個(gè)按鍵都有上下兩層薄膜的觸點(diǎn)，我們將它拆開(kāi)來(lái)仔細(xì)看一看（如圖），就會(huì)發(fā)現(xiàn)在任何一層薄膜上，導(dǎo)線(xiàn)數(shù)都遠(yuǎn)少于按鍵數(shù)，而 且每一條導(dǎo)線(xiàn)都同時(shí)連通多個(gè)按鍵的觸點(diǎn)，而且，上層和下層的任何兩條導(dǎo)線(xiàn)都最多只在一個(gè)按鍵上重合。也就是說(shuō)，上層的1號(hào)導(dǎo)線(xiàn)可能會(huì)同時(shí)經(jīng)過(guò)1、2、3、 4、5……等按鍵，而下層的1號(hào)導(dǎo)線(xiàn)可能同時(shí)經(jīng)過(guò)1、Q、A、Z……等按鍵，且兩條導(dǎo)線(xiàn)只在1鍵上重合。
這樣，根據(jù)上層薄膜和下層薄膜所經(jīng)過(guò)的按鍵，就可以排出一個(gè)類(lèi)似下面的表格：
| 上層導(dǎo)線(xiàn)1 |
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